ITMI20001670A1

ITMI20001670A1 - AMPLIFICATION SYSTEM

Info

Publication number: ITMI20001670A1
Application number: IT2000MI001670A
Authority: IT
Inventors: Stefano Galli; Jack Powell
Original assignee: Forem Srl
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2002-01-21
Also published as: ITMI20001670A0; IT1318217B1

Description

Stato dell’arte State of the art

Gli amplificatori a microonde con alta potenza di uscita hanno molteplici applicazioni in vari campi. Nel campo delle comunicazioni mobili, ed in particolare per gli amplificatori delle stazioni base della rete radiomobile, è importante ottimizzare il compromesso tra potenza consumata e distorsione da intermodulazione residua. A questo scopo sono state sviluppate varie tecniche: linearizzazione di tipo “feedforward”, predistorsione analogica, predistorsione digitale e una combinazione di queste. Microwave amplifiers with high output power have multiple applications in various fields. In the field of mobile communications, and in particular for the amplifiers of the base stations of the mobile radio network, it is important to optimize the compromise between power consumed and residual intermodulation distortion. For this purpose various techniques have been developed: feedforward linearization, analogue predistortion, digital predistortion and a combination of these.

Il brevetto EP 0982851 AI (Nortel Networks), ad esempio, propone una predistorsione analogica utilizzando un confronto tra le ampiezze e le fasi del segnale di ingresso e del segnale di uscita; il risultato del confronto è reazionato e utilizzato per predistorcere il segnale utile in ampiezza e fase. I problemi connessi con questo approccio sono: (1) il confronto in ampiezza e fase tra i segnali di ingresso e di uscita non è semplice da effettuare, (2) l’utilizzo di uno sfasatore variabile, che è in pratica un dispositivo non lineare e può interagire con il guadagno variabile; e (3) la presenza di un (implicito) ritardo nel percorso di retroazione che limita fortemente la larghezza di banda utile per la trasmissione del segnale. The patent EP 0982851 AI (Nortel Networks), for example, proposes an analogue predistortion using a comparison between the amplitudes and the phases of the input signal and of the output signal; the result of the comparison is reacted and used to predistort the useful signal in amplitude and phase. The problems associated with this approach are: (1) the comparison in amplitude and phase between the input and output signals is not easy to carry out, (2) the use of a variable phase shifter, which is in practice a non-linear device and can interact with variable gain; and (3) the presence of an (implicit) delay in the feedback path which severely limits the bandwidth useful for signal transmission.

Il brevetto EP 1011192A2 (Nortel Networks) adotta uno schema di predistorsione che risolve il problema (3) sopra citato, ma ancora valuta i segnali di correzione per l’ampiezza e la fase come differenza tra le ampiezze e le fasi dei segnali di ingresso e di uscita. Patent EP 1011192A2 (Nortel Networks) adopts a predistortion scheme that solves the problem (3) mentioned above, but still evaluates the correction signals for amplitude and phase as the difference between the amplitudes and phases of the input signals and exit.

Il brevetto US Pat. 5,155,448 (Motorola) propone un amplificatore di tipo “feedforward” nel quale un modulatore vettoriale del primo loop è pilotato lentamente con il risultato della correlazione tra una versione ritardata del segnale di ingresso e il segnale di uscita. Questa soluzione comporta il problema di un elevato rumore (self-noise) all’uscita del correlatore. US Pat. 5,155,448 (Motorola) proposes a “feedforward” type amplifier in which a vector modulator of the first loop is driven slowly with the result of the correlation between a delayed version of the input signal and the output signal. This solution involves the problem of a high noise (self-noise) at the output of the correlator.

Sommario dell’invenzione Summary of the invention

Scopo della presente invenzione è quello di provvedere un amplificatore di potenza che consente di eliminare gli inconvenienti dell’arte nota, in particolare dei brevetti sopra menzionati e che implementa una linearizzazione più efficace, in quanto trae giovamento dalla generazione di un segnale errore e dalla correlazione tra tale segnale eirore e una versione ritardata del segnale di ingresso. Le caratteristiche più salienti dell’amplificatore di potenza secondo il trovato sono recitate nelle rivendicazioni in calce che si ritengono qui incorporate. The purpose of the present invention is to provide a power amplifier which allows to eliminate the drawbacks of the known art, in particular of the aforementioned patents and which implements a more effective linearization, since it benefits from the generation of an error signal and from the correlation between that signal and a delayed version of the input signal. The most salient features of the power amplifier according to the invention are recited in the claims below which are considered incorporated herein.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

La fig.l è uno schema circuitale che mostra una tecnica di linearizzazione dell’ampiificatore utilizzante tipicamente un segnale di errore e un correlatore I/Q (I=in fase, Q=in quadratura). La fig.2 è uno schema circuitale che rappresenta una possibile implementazione del correlatore I/Q di fig.l. La fig.3 è uno schema circuitale che mostra un possibile schema alternativo della tecnica di linearizzazione di fig.l. In fig.4 è schematizzato un possibile modo strutturale per integrare la configurazione di fig.1 in un convenzionale amplificatore di tipo “feedforward”. Fig. 1 is a circuit diagram showing a linearization technique of the amplifier typically using an error signal and an I / Q correlator (I = in phase, Q = in quadrature). Figure 2 is a circuit diagram which represents a possible implementation of the I / Q correlator of Figure 1. Fig. 3 is a circuit diagram showing a possible alternative scheme of the linearization technique of Fig. L. In fig.4 is schematized a possible structural way to integrate the configuration of fig.1 in a conventional "feedforward" type amplifier.

Descrizione dettagliata delle forme di realizzazione dell’ invenzione Detailed description of the embodiments of the invention

In fig.l è mostrato un amplificatore lineare 1 nel quale un segnale di ingresso 2 è campionato da un accoppiatore 3 e modulato da un “modulatore vettoriale” 4. La struttura interna di un modulatore vettoriale è ben nota al tecnico del ramo e non verrà descritta in questa sede. Il segnale di uscita 5 del modulatore vettoriale 4 è amplificata daH’amplificatore principale 6 ed è inviata all’uscita 7. Un campione di tale segnale di uscita 7 viene preso con l’accoppiatore 8 e scalato con un opportuno attenuatore 21. Il segnale di ingresso 2 viene anche ritardato con la linea di ritardo 10, dalla cui uscita 11 viene sottratto un campione del segnale di uscita 7 tramite l'accoppiatore 14. II segnale risultante 15 è correlato in fase e quadratura (“I/Q correlato") con un campione 20 del segnale di ingresso ritardato. Il correlatore I/Q 16 ha una prima uscita 17 ed una seconda uscita 18 che pilotano il modulatore vettoriale 4. Figure 1 shows a linear amplifier 1 in which an input signal 2 is sampled by a coupler 3 and modulated by a "vector modulator" 4. The internal structure of a vector modulator is well known to those skilled in the art and will not be described here. The output signal 5 of the vector modulator 4 is amplified by the main amplifier 6 and is sent to the output 7. A sample of this output signal 7 is taken with the coupler 8 and scaled with a suitable attenuator 21. input 2 is also delayed with the delay line 10, from whose output 11 a sample of the output signal 7 is subtracted by means of the coupler 14. The resulting signal 15 is phase and quadrature correlated ("I / Q correlated") with a sample 20 of the delayed input signal The correlator I / Q 16 has a first output 17 and a second output 18 which drive the vector modulator 4.

Operativamente l’accoppiatore 14 effettua una cancellazione di portante a larga banda e il segnale errore 15, secondo il trovato, è pertanto una stima deH’errore presente all’uscita dell’amplificatore principale 6. Al fine di pilotare il modulatore vettoriale 4, l’errore 15 viene “I/Q correlato” con il segnale 20. Una possibile implementazione del correlatore 16 è mostrata in fig. 2; in tale figura i segnali che hanno una corrispondenza con quelli di fig.l hanno gli stessi riferimenti numerici. Il signale 20 è diviso con un divisore a 90° (splitter a 90°) 27, che ha una prima uscita 30 che pilota un primo mixer 25 ed una seconda uscita 31 che pilota un secondo mixer 26. Per il coiTelatore I/Q di fig.2 sono ovviamente possibili implementazioni alternative, ad esempio i signali 20 e 15 di fig.2 possono essere scambiati di. posizione. E' importante notare che la valutazione esplicita del segnale di errore 15 e la correlazione I/Q con il signale 20 permettono la valutazione di due segnali errore 17 e 18 vantaggiosamente con un self-noise molto basso. Operationally, the coupler 14 carries out a broadband carrier cancellation and the error signal 15, according to the invention, is therefore an estimate of the error present at the output of the main amplifier 6. In order to drive the vector modulator 4, the Error 15 is "I / Q correlated" with signal 20. A possible implementation of correlator 16 is shown in fig. 2; in this figure the signals which have a correspondence with those of fig. 1 have the same numerical references. The signal 20 is divided with a 90 ° divider (90 ° splitter) 27, which has a first output 30 which drives a first mixer 25 and a second output 31 which drives a second mixer 26. For the fig. 2 alternative implementations are obviously possible, for example the signals 20 and 15 of fig. 2 can be exchanged for. position. It is important to note that the explicit evaluation of the error signal 15 and the correlation I / Q with the signal 20 allow the evaluation of two error signals 17 and 18 advantageously with a very low self-noise.

Una possibile diversa implementazione dello schema di fig.l è mostrata in fig.3, dove, nel loop di errore 23 di fig.l, viene aggiunto almeno uno dei due controlli automatici di guadagno 21 e 22 (AGC), allo scopo di avere un guadagno ad anello aperto fisso (o, almeno, più stabile). Gli AGC 21, 22 possono avere una regolazione continua o a scani. Notiamo anche che gli schemi di fig.l e 3 possono utilizzare la retroazione per effettuare una predistorsione, oppure, più semplicemente, per assicurare un guadagno costante ed una relazione di fase fissa tra il segnale di ingresso 2 e l’uscita 7. A possible different implementation of the diagram of fig. 1 is shown in fig. 3, where, in the error loop 23 of fig. 1, at least one of the two automatic gain controls 21 and 22 (AGC) is added, in order to have a fixed (or, at least, more stable) open loop gain. The AGC 21, 22 can have a continuous or step adjustment. We also note that the diagrams of fig. 1 and 3 can use the feedback to carry out a predistortion, or, more simply, to ensure a constant gain and a fixed phase relationship between the input signal 2 and the output 7.

Lo schema di fig.l può essere inserito in un convenzionale amplificatore feedforward, al fihe di coniugare i benefici mostrati sopra con quelli tipici dello schema feedforward. La linearizzazione di tipo feedforward è una tecnica ben nota, nella quale è presente un secondo loop (o loop di cancellazione deH’errore) al fine di sottrarre dall’uscita dell’amplificatore principale la distorsione indesiderata. Con riferimento alla fig.4, il primo loop è identico a quanto presentato in fig.l, mentre il secondo loop è un convenzionale secondo loop di amplificatore feedforward, nel quale sono presenti una linea di ritardo 100, un modulatore vettoriale 106 (oppure, non mostrato in figura, un equivalente regolatore di ampiezza e fase), un amplificatore di errore 108 ed un accoppiatore 101. The scheme of fig. 1 can be inserted in a conventional feedforward amplifier, in order to combine the benefits shown above with those typical of the feedforward scheme. Feedforward linearization is a well-known technique, in which there is a second loop (or error cancellation loop) in order to subtract unwanted distortion from the main amplifier output. With reference to fig. 4, the first loop is identical to that presented in fig. 1, while the second loop is a conventional second feedforward amplifier loop, in which there is a delay line 100, a vector modulator 106 (or, not shown in the figure, an equivalent amplitude and phase regulator), an error amplifier 108 and a coupler 101.

Ovviamente l’invenzione è suscettibile di altre applicazioni e di tutte quelle varianti, modifiche, adattamenti e simili che per essere alla portata del tecnico medio del ramo sono da considerare come naturalmente ricadenti nell’ambito e nello spirito dell’invenzione. Obviously, the invention is susceptible to other applications and all those variations, modifications, adaptations and the like which, in order to be within the reach of the average person skilled in the art, are to be considered as naturally falling within the scope and spirit of the invention.

Claims

Claims 1. An amplifier comprising an input signal, an adaptive circuit which modifies the above input signal in amplitude and phase, a main amplifier which receives the output of the above adaptive circuit and generates an output signal, the above input signal being further connected to a delay line which outputs a delayed version of said input signal, characterized by: • a carrier cancellation ring which generates an error signal 15 as the difference between the aforementioned delayed version 11 of the aforesaid input signal 2 and a sample of the signal amplified by the aforesaid main amplifier 6; • an I / Q correlator 16 having as inputs the aforementioned error signal and the aforementioned delayed version of the input signal, which produces as outputs a pair of update signals 17 and 18, the first for way I and the second for way Q .

2. An amplifier according to claim 1, in which the aforementioned adaptive circuit is a vector modulator.

3. An amplifier according to claim 2, in which the aforementioned pair of update signals is applied to the aforementioned vector modulator.

4. An amplifier according to claim 3, in which the aforesaid pair of update signals is applied to the aforesaid vector modulator in order to obtain a constant gain for the aforesaid amplifier.

5. An amplifier according to claim 3, in which said pair of update signals is applied to said vector modulator in order to obtain a constant phase relationship between said input signal and said output signal.

6. An amplifier according to claim 2, in which the aforementioned i / Q correlator is implemented with a 90 ° splitter and two mixers.

7. An amplifier according to claim 1, further comprising a "feedfonvard" structure with an error cancellation loop having a first branch connected to the output of said main amplifier and comprising at least one delay line, a second branch connected with the aforesaid error signal and comprising at least one error amplifier, a coupler which adds the outputs of the aforesaid first and second branches.

8. Amplifier substantially as described and represented